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摘要：高压旋喷防渗技术在水库除险加固中得到了很好的应用，本文结合靛墩水库除险加固工程从高压旋喷防渗方案选择、设计、施工过程及效果等方面进行初步探讨，为同类地区大坝防渗设计与施工提供经验。
关键词：高压旋喷；防渗；水库；除险加固；应用
1、工程概况
靛墩水库地处建瓯市房道镇靛墩村，水库所在河流为建溪干流高阳溪房靛支流。坝址以上控制集雨面积6.25km2，总库容342万m3，是一座以灌溉为主兼有发电、防洪等综合利用的小（1）型水库。
大坝为均质土坝，坝高36m，坝顶长83.3m，坝顶宽5m。大坝蓄水运行至今近30年，目前大坝坝脚处出现多个出水点，高水位运行时大坝背水坡大面积湿坡，大坝渗漏严重。地质勘查资料显示，坝体填土主要由坡残积粘性土组成，呈可塑状，局部含防渗性能较差的碎砾石，土质不均。坝基地层主要为强风化花岗岩、弱风化花岗岩。
2、防渗加固方案的选择
大坝为均质土坝，本次设计针对坝体存在的问题，结合大坝工程的具体实际，大坝的坝体防渗加固主要考虑高喷防渗墙和射水法造防渗墙两种方案。
方案一：高喷防渗墙方案
高压喷射灌浆（简称高喷灌浆或高喷），是一种采用高压水或高压浆液形成高速喷射流束，冲击、切割、破碎地层土体，并以水泥基质浆液充填、掺混其中，形成板桩或板墙体的凝结体，用以提高地基防渗或承载能力的施工技术。高压喷桩根据喷射形式可分为定喷、摆喷和旋喷。高压喷桩的优点是可以形成良好的防渗墙体，也可以实现对坝体进行补强。
方案二：射水法防渗墙
射水法的工作原理是通过高压泥浆的射流冲切地层，并加上成型器的上下冲击的辅助作用建造槽孔，所形成的含钻渣的废浆可用正（反）循环排出槽外。槽孔达到设计要求时一般使用膨润土或粘土泥浆护壁以防槽孔坍塌，随后采用常规的水下混凝土直管浇筑法，建成混凝土或钢筋混凝土单槽板，利用成型器侧向特殊装置，将单槽板连接成地下连续的混凝土或钢筋混凝土墙。
经过比较可以发现，两种方案投资相差不大。但是射水法造防渗墙方案机械要求较高，造孔和孔壁稳定较难控制，墙体有可能开叉，塌孔现象，防渗效果难以保证，且需要连续施工。高喷防渗墙方案施工机械要求不高、防渗效果较好。因此，经综合考虑，本工程采用高喷防渗墙方案。
3、高压旋喷方案设计
3.1高压旋喷施工参数确定
靛墩水库除险加固设计高压旋喷墙体长度共计127m，最大坝高36m。根据相关经验[1]，高压旋喷深度20m～30m时，可采用单排或双排旋喷套接形式；当深度大于30m时，宜采用两排或三排旋喷套接形式。因此为保证防渗效果，本次设计对深度小于20m部分采用单排布置，对深度大于20m部分采用双排布置。
防渗处理前，因地质勘探钻孔间距过大，须先确定坝体与坝下基岩接触面即高压摆喷防渗墙的墙底面高程；为了达到设计的防渗效果，还需在正式加固处理前进行高压旋喷现场试验确定适合该水库特殊土质要求的控制参数，包括孔间距、浆液压力、浆液流量与浓度、提升速度与旋转速度等。试验根据表2推荐的设计参数[1~2]进行。试喷实验完成后，开挖检查成墙情况，并作注水试验检查防渗效果。
3.2 材料选择要求
水泥采用普通硅酸盐水泥，其强度等级为42.5级。运送到施工现场的水泥，要求每批必须具有出厂合格证，并且对每批水泥抽样复检。
4、高压旋喷施工过程
4.1 工艺流程（见图1）。
4.2 具体施工过程
根据靛墩水库坝顶结构形状，单管高压旋喷轴线暂定位于大坝轴线偏下游0.85m处，旋喷桩号0-008~0+119。由于大坝坝高较大，孔斜率控制难度较大，会影响下部防渗墙的防渗效果。因此，本次加固在桩号0+024.7~0+089范围内孔深大于20m的部分设计双排高压旋喷；桩号0+024.7~0+089范围内孔深小于20m的部分，桩号0-008~0+024.7，桩号0+089~0+119，设计单排高压旋喷。单管高压旋喷孔距0.45m，成桩直径不小于0.6m，孔斜率≤0.5%，旋喷桩之间的搭接≥0.15m，旋喷深度至坝基下1.0m，双排旋喷桩呈梅花型布置，孔距0.45m,分两序施工。具体布置见图2。
（1）定孔位 严格按照施工放样定孔位，钻孔孔位和设计孔位偏差不得大于50 mm。
（2）高压喷射灌浆应自下而上连续进行。当注浆管不能一次提升完成，需分成数次卸管时，卸管后再喷射注浆的搭接长度不应小于100mm，以保证固结体的整体性。
（3）对硬土、深部土层和土粒大的砾石土要多喷些时间，适当放慢提升速度和旋转速度或提高喷射压力。
（4）复喷工艺：在不改良喷射技术参数的条件下，对同一土层作重复喷射，能增加土体破坏有效长度，从而加大固结体的直径或长度并提高固化强度。复喷的次数愈多固结体增径加长的效果愈好。
（5）冒浆处理工艺：在旋喷过程中，往往有一定数量的土颗粒随着一部分浆液沿着注浆管管壁冒出地面。通过对冒浆的观察，可以及时了解地层状况、判断旋喷的大致效果和核定旋喷参数的合理性等。根据经验，冒浆量小于注浆量20%者为正常现象，超过20%或完全不冒浆时应查明原因及时采取相应措施。
1）流量不变而压力突然下降时，应检查各部位的泄漏情况，必要时拔出注浆管，检查封密性能。
2）出现不冒浆或继续冒浆时，若系土质松软则视为正常现象，可适当复喷；若系附近有空洞、通道，则应不提升注浆管进行注浆直到冒浆为止，或拔出注浆管待浆液凝固后重新注浆直至冒浆为止，或采用速凝浆液，使浆液在注浆管附近凝固。
3）减少冒浆的措施：一般是有效喷射范围与注浆量不相适应，注浆量大大超过旋喷固结所需的浆量所致。减少冒浆量的措施有三种：
①提高喷射的压力（喷浆量不变）；
②适当缩小喷嘴孔径（喷射压力不变）；
③加快提升和旋转速度。
5、防渗效果检测
防渗墙施工完成后28d，对每个单元布置一个检查孔进行检查，检查孔孔位布置在墙体中心线上的相临两孔高喷凝结体的搭接处，自上而下分段钻孔、取芯和进行静水头压水试验和抗压试验。经试验结果表明，防渗墙渗透系数k＜1×10-6cm/s，抗压强度达到2.0MPa以上，均能满足设计要求。
6、结束语
靛墩水库除险加固工程实施后，能够确保水库安全度汛，正常蓄水，发挥其应有的防洪社会效益和经济效益，大大保证了水库下游广大人民群众的生命财产安全，对于发展农村水利和农业现代化具有积极的意义。
参考文献：
[1] 水电水利工程高压喷射灌浆技术规范[S].2005 .
[2] 水工建筑物水泥灌浆施工技术规范[S].2002 .
[3] 陈学礼，水库除险加固工程混凝土防渗墙质量检测与成果分析[J]治淮，2009.
论文作者:姚君,徐刚
论文发表刊物:《基层建设》2015年21期供稿
论文发表时间:2016/3/30
标签：防渗墙论文; 高压论文; 防渗论文; 大坝论文; 水库论文; 浆液论文; 注浆论文; 《基层建设》2015年21期供稿论文;